Injection Mold Steel Selection Guide: P20, H13 & S136

Why Mold Steel Selection Decides Your Part Quality and Tooling Cost

The spec sheet looked fine. The resin was approved. The wall thickness passed DFM¹. But when the first shots came off the press, the surface looked like someone had dragged sandpaper across it. We traced it back to a P20 cavity that had been specified for a 30% glass-filled nylon job. The mold shop had used what they had on the shelf. Three weeks of re-polishing later, the customer had moved to a competitor. That was the last time my team skipped a steel conversation at kickoff.

Większość awarii form wtryskowych wynika z niedopasowania gatunku stali do ścieralności materiału, jego agresywności chemicznej lub wymagań dotyczących wydajności narzędzia. Wybór nieodpowiedniej stali nie tylko wpływa na jakość powierzchni — przyspiesza również zużycie na liniach rozdzielających, zatyka otwory wentylacyjne produktami korozji i może zmniejszyć używalność narzędzia o połowę. Koszt różnicy między decyzją o odpowiedniej stali od początku i naprawą po awarii jest zazwyczaj 3× do 5× większy niż pierwotna premia za stal.

stal formierska² comparison blocks” style=”max-width:100%;height:auto;” />

P20 Mold Steel: Best Choice for Budget and Medium-Volume Production

P20 is a pre-hardened chromium-molybdenum tool steel³ delivered at HRC 28–33, which means you can machine it directly without a heat-treat cycle after roughing. That saves 5–10 days on the build schedule and eliminates the distortion risk that comes with post-machining heat treatment. At our factory, we run P20 on roughly 60% of consumer-product tooling where the resin is unfilled ABS, PP, or PE and the annual volume is below 500,000 shots per cavity.

The trade-off is hardness. At HRC 30, P20 will show visible wear on parting lines and gate areas after roughly 300,000–500,000 shots with mildly abrasive resins. For fully unfilled commodity resins, the same tool can reach 800,000–1,000,000 shots before requiring a re-polish or gate repair. P20 also accepts textured finishes (EDM grain, VDI 24–36) reasonably well, but mirror polishing below VDI 12 is difficult because the lower carbon content limits achievable surface hardness.

P20 Mold Steel — Key Properties at a Glance

Własność	P20 Value	Practical Implication
Hardness (as-supplied)	HRC 28–33	No post-machining heat treat needed
Tensile strength	~1,000 MPa	Good for standard injection pressures up to 1,400 bar
Max recommended volume	500,000–1,000,000 shots	Depends on resin abrasiveness
Polishability	VDI 12–18 (satin)	Not suitable for optical or Class A mirror finish
Odporność na korozję	Niski	Requires rust preventive in storage; avoid PVC/POM
Relative tool cost (single cavity)	1.0× (baseline)	Most economical steel grade

One decision point that catches engineers off guard: P20 is often available in a nitrided variant (P20+Ni or P20H) where the surface is case-hardened to HRC 50–55 while the core stays soft. This gives better wear resistance at gates and parting lines without adding a full heat-treat cycle. We specify this variant on P20 tools expected to run 600,000–900,000 shots with lightly filled resins (up to 10% glass fiber).

H13 Tool Steel: The Right Answer for High-Temperature Resins and Abrasive Fills

H13 is a chromium-molybdenum-vanadium hot-work tool steel that reaches HRC 48–52 after vacuum hardening and tempering. The vanadium content forms hard carbides that resist abrasive wear from glass fiber, mineral filler, and carbon fiber reinforcements. When a customer comes to us with a 30% GF nylon 66 part that needs 2 million shots, H13 is almost always the steel we specify — not because it is the only option, but because it hits the best balance of wear resistance, toughness, and machinability at that volume tier.

Inną zaletą H13 jest odporność na zmęczenie cieplne. Temperatura formowania dla PPS, PEI (Ultem) i LCP często przekracza 300°C. Przy takich temperaturach, cykliczne nagrzewanie i chłodzenie podczas wtrysku może powodować pęknięcia w miękkiej stali na cienkich żebrach lub ostrych promieniach w ciągu 200 000 cykli. Wysoka zawartość chromu i molibdenu w H13 zmniejsza zmienność współczynnika rozszerzalności cieplnej, zapewniając około 3× większą żywotność na zmęczenie cieplne niż P20 w identycznych warunkach. W naszej fabryce stosujemy H13 w każdej formie, gdzie temperatura płynnej masy przekracza 280°C lub zawartość włókna szklanego jest powyżej 15%.

H13 Tool Steel — Key Properties at a Glance

Własność	H13 Value	Practical Implication
Hardness (heat-treated)	HRC 48–52	High wear resistance at gate and parting line
Tensile strength	~1,600 MPa	Handles high injection pressures and clamping forces
Max recommended volume	1,000,000–2,000,000+ shots	Ideal for high-volume production with abrasive resins
Polishability	VDI 6–12 (semi-gloss)	Najkrótszy (+0 dni)
Odporność na korozję	Umiarkowany	Not suitable for PVC; acceptable for most other resins
Relative tool cost (single cavity)	1.5×–2.0× P20	Higher steel + heat treat cost, lower per-shot maintenance

One practical note from the shop floor: H13 requires a proper stress-relief cycle after rough machining and before final hardening. Skipping this step is the single most common cause of H13 mold cracking we see from tooling shops trying to cut lead time. The stress relief cycle (550–600°C for 2 hours per 25 mm section thickness) adds 2–3 days but prevents distortion during vacuum hardening. We have seen tools crack at rib roots within the first 50,000 shots when this step was skipped — a $15,000+ repair bill that makes the time saving look absurd.

S136 Stainless Mold Steel: Mandatory for Corrosive Resins and Optical Surfaces

S136 (equivalent to AISI 420 modified stainless steel) contains approximately 13% chromium, which provides passive oxide layer corrosion protection against acidic off-gases from PVC, halogenated flame retardants, POM (acetal), and some polyurethanes. The corrosion resistance is not just cosmetic — acid attack on a cavity surface creates micro-pitting that transfers directly to the part surface, generating defects that cannot be polished out without re-machining the cavity.

S136 also achieves the highest polishability of any common mold steel, reaching VDI 0–3 (mirror finish, Ra 0.01–0.02 µm) when processed correctly. This is essential for optical lenses, light guides, medical device housings, and any part requiring Class A cosmetic transparency. At our factory, we use S136 exclusively for all medical device tooling, transparent PC and PMMA parts, and any application involving PVC or POM resins. The mirror-polish surface on an S136 cavity can be maintained for 500,000–1,000,000 shots with proper mold release and cleaning protocols.

S136 Stainless Mold Steel — Key Properties at a Glance

Własność	S136 Value	Practical Implication
Hardness (heat-treated)	HRC 48–52	Same hardness as H13, better corrosion resistance
Chromium content	~13%	Passive oxide layer resists acid off-gas from PVC, POM, FR-ABS
Max polishability	VDI 0–3 (mirror, Ra 0.01 µm)	Required for optical lenses, light guides, transparent housings
Odporność na korozję	High (stainless)	Suitable for PVC, POM, medical-grade resins
Max recommended volume	500,000–1,000,000 shots	Slightly lower toughness than H13 at high cycle counts
Relative tool cost (single cavity)	2.0×–2.8× P20	Highest material cost; offset by lower surface repair frequency

The trade-off with S136 is toughness. It is slightly more brittle than H13 at the same hardness level, which means it is more susceptible to chipping at thin rib edges (below 0.5 mm) or in deep narrow slots. We design S136 molds with a minimum rib-to-depth ratio of 1:6 (rib thickness:depth) and add a 0.3 mm radius on all internal sharp corners. These design changes add 2–4 hours of machining time but prevent brittle failure in service. For the projektowanie form wtryskowych⁴ team, this is a critical DFM checkpoint.

Steel Grade Comparison: P20 vs H13 vs S136 Side by Side

When engineers ask us which steel to use, the answer almost always comes down to three questions in this order: How many shots? What resin? What surface finish? The table below codifies our 20 years of factory experience into a direct comparison. Notice that no single grade is universally superior — each occupies a distinct operational niche.

P20 vs H13 vs S136 — Complete Comparison Matrix

Criterion	P20	H13	S136
Twardość (HRC)	28–33 (pre-hardened)	48–52 (heat-treated)	48–52 (heat-treated)
Best for volume	Up to 500K shots	500K–2M+ shots	Up to 1M shots
Abrasion resistance	Low–Medium	Wysoki	Medium–High
Odporność na korozję	Niski	Umiarkowany	High (stainless)
Mirror polishability	Medium (VDI 12–18)	Good (VDI 6–12)	Excellent (VDI 0–3)
Thermal fatigue life	Dobry	Doskonały	Dobry
Recommended resins	ABS, PP, PE, PS (unfilled)	GF Nylon, PPS, PEI, LCP, PC	PVC, POM, FR-ABS, PMMA, optical PC
Post-machining heat treat	Not required	Required (vacuum)	Required (vacuum)
Lead time impact	Shortest (+0 days)	P20 H13 S136 <a href=	P20 H13 S136 <a href=
Relative cost index	1.0×	1.5×–2.0×	2.0×–2.8×

Częsty błędny założenie: inżynierowie widzą, że H13 i S136 mają ten sam zakres HRC i uważają, że są zamienne. Nie są. Węgliki wanadu w H13 czynią ją odporną na ścieranie; 13% chromu w S136 czyni ją odporną na korozję. Formowanie PVC w formie H13 wywoła korozję wżerową w ciągu 50 000 cykli. Formowanie 40% GF nylonu w formie S136 powoduje przyspieszone zużycie powierzchni, ponieważ S136 nie ma fazy węglików wanadu, która daje H13 przewagę w odporności na ścieranie.

How to Select Mold Steel in 3 Steps: A Practical Decision Framework

Step 1: Qualify the Resin Chemistry

Pierwszym filtrem jest zawsze chemia. Sprawdź kartę technologiczną materiału dla produktów gazowych, zalecanej temperatury przetwarzania i ostrzeżeń dotyczących korozji. PVC, halogenowe środki zmniejszające palność, acetal (POM) i materiały techniczne absorbujące wilgoć, które rozkładają się przy wysokich temperaturach, wszystkie produkują kwasy podczas przetwarzania. Każdy materiał, który generuje HCl, HBr, HF lub gazowe produkty formaldehydowe podczas normalnego przetwarzania, wymaga S136 lub minimum stali nierdzewnej 2316. Bez wyjątków — nigdy nie widzieliśmy, że P20 lub H13 przetrwały 200 000 cykli w zastosowaniu PVC bez widocznej korozji wżerowej w gnieździe.

For optical or medical applications, even if the resin is not chemically aggressive, the surface finish requirement drives you to S136. Polycarbonate for light guides, PMMA for lenses, and COC/COP for medical vials all require Ra values below 0.025 µm — a level only achievable with S136 and a skilled polisher with 6–8 hours on the cavity surface.

Step 2: Establish the Production Volume Target

Volume defines how much wear resistance you need to pay for. If the program is a bridge tool for 50,000–100,000 shots while the production tool is being built, P20 is almost always the right call — the savings on tooling cost fund the production tool. If the program is 3 million shots over 5 years, H13 or S136 is not optional: rebuilding a P20 mold at 500,000 shots would cost more in downtime and re-tooling than the original price differential. At our factory, the break-even calculation for upgrading from P20 to H13 generally favors H13 at annual volumes above 250,000 shots per cavity for abrasive resins.

Step 3: Match Surface Finish to Steel Grade

Wymagania dotyczące wykończenia powierzchni pochodzą bezpośrednio ze specyfikacji części. SPI A1/A2 (lustro) wymaga S136. SPI B1 (półpołysk) może używać H13. SPI C1/C2 (mat) może używać P20. Gdy rysunek części wymaga 'poformowanego połysku' bez określenia klasy SPI, poproś o wyjaśnienie przed wyceną stali — różnica między niejasną specyfikacją 'połysk' i specyfikacją SPI A1 może dodawać $4,000–$6,000 do kosztu narzędzia jedno-gniazdowego. W naszych przeglądach DFM zawsze potwierdzamy klasę wykończenia powierzchni przed wyborem stali, ponieważ klienci często nie zdają sobie sprawy, że ich wymaganie 'błyszczącej części' oznacza pracę polerską na poziomie optycznym.

Real-World Cost and Timeline Impact of Steel Grade Choices

Liczby pomagają szybciej rozstrzygać spory dotyczące gatunku stali niż teoria. Oto rzeczywiste dane z ostatnich budów narzędzi w naszej fabryce, zanonimizowane dla zachowania poufności klienta. Te liczby reprezentują jednogniazdowe narzędzia rodzinne do części konsumenckich i przemysłowych o powierzchni około 150 cm² na gniazdo.

Tooling Cost vs Steel Grade (Single-Cavity Tool, 150 cm² Cavity Area)

Gatunek stali	Material Cost (steel only)	Total Tool Cost	Czas realizacji	Recommended For
P20	$400–$800	$8,000–$15,000	4–6 weeks	Prototype, low-volume, unfilled commodity resins
H13	$800–$1,600	$12,000–$22,000	6–8 weeks	High-volume, abrasive resins, high-temp engineering plastics
S136	$1,200–$2,400	$15,000–$28,000	6–8 weeks	PVC, POM, optical, medical, FR resins

The lead time difference reflects both heat treatment scheduling and the additional EDM and polishing work required for H13 and S136. Vacuum hardening furnaces at most tool shops run on a batch schedule — if your tool misses the weekly run, you add 5–7 days. This is why we advise clients to commit to steel grade in the first week of tooling kickoff, not after the mold has been roughed out in whatever steel was on the shelf.

Frequently Asked Questions About Injection Mold Steel Selection?

Jaka jest najlepsza stal formierska do przezroczystych części z tworzyw sztucznych?

S136 stainless mold steel is the industry standard for transparent injection molded parts. It achieves mirror-polish surface finish (SPI A1/A2, Ra ≤ 0.025 µm) required for optical-grade clarity in PC, PMMA, and COC resins. The 13% chromium content also resists staining from mold release agents that could cloud a polished cavity surface. P20 and H13 can reach SPI B1 but cannot sustain the Ra 0.01–0.02 µm values needed for lens or light-guide applications. For medical optical parts, S136H (pre-hardened variant at HRC 38–42) provides a faster build schedule while still meeting polishability requirements.

Czy mogę użyć stali P20 do formy do produkcji wielkoseryjnej?

P20 can handle production volumes up to 500,000–1,000,000 shots for unfilled commodity resins (ABS, PP, PE, PS) at injection pressures below 1,200 bar. Above these volumes, or when running filled resins with more than 10% glass fiber, P20 will develop visible wear at gate areas and parting lines that transfers to parts as flash or dimensional drift. For annual volumes above 500,000 shots per cavity with any abrasive resin, upgrading to H13 typically pays for itself within the first year by eliminating mid-production cavity repairs. Always confirm resin type and annual volume before fixing the steel grade.

Jakiej stali formowej powinienem użyć do wtryskiwania PVC?

PVC formowanie wtryskowe wymaga S136 (lub 2316) stali nierdzewnej formowej bez wyjątku. Podczas przetwarzania, PVC lekko rozkłada się i wydziela gaz chlorowodoru (HCl), który atakuje nie-nierdzewne powierzchnie stali gniazda w ciągu 50 000–100 000 cykli, powodując korozję wżerową, która niszczy wykończenie powierzchni i tworzy defekty części. 13% chromu w S136 tworzy pasywną warstwę tlenkową, która odpiera atak HCl. Wszystkie linie chłodzące, trzpienie rdzeniowe i przesuwy kontaktujące się z strefą płynnej masy PVC powinny również być wykonane ze stali nierdzewnej lub chromowane, aby zapobiec korozji wewnętrznej. Nawet narzędzia prototypowe PVC dla krótkich produkcji powinny używać S136 — uszkodzenia HCl kumulują się szybko.

Jak twardość stali formowej wpływa na jakość wykończenia powierzchni?

Harder steels (HRC 48–52, H13 and S136) can be polished to finer surface finishes than softer steels (HRC 28–33, P20) because the high carbide content of hardened steels allows the polishing abrasive to produce a uniform, scratch-free surface. P20 at HRC 30 has softer matrix regions that tear during diamond polishing, limiting achievable Ra to approximately 0.05–0.10 µm (SPI B1). S136 at HRC 50 can reach Ra 0.01 µm (SPI A1) with progressive diamond polishing from 6 µm down to 0.25 µm grit. H13 at HRC 50 reaches Ra 0.03–0.05 µm (SPI A2–B1). Hardness also determines how long the polished finish lasts under production conditions.

Is H13 or S136 better for a medical device mold?

S136 jest preferowanym wyborem w większości przypadków dla form do urządzeń medycznych. Części medyczne zazwyczaj wymagają lustrzanie wypolerowanych powierzchni dla łatwości czyszczenia i zgodności z kontrolą kosmetyczną, a wiele żywic medycznych — w tym LDPE do opakowań leków, PC do obudów urządzeń oraz różne polimery uwalniające leki — może zawierać dodatki powodujące korozję w stalach nierdzewnych. S136 spełnia zarówno wymagania dotyczące wykończenia powierzchni (VDI 0–3), jak i odporności na korozję niezbędne w środowisku produkcji medycznej. H13 jest stosowany w narzędziach medycznych tylko wtedy, gdy geometria części ma cienkie żebra lub głębokie rdzenie, gdzie nieco niższa odporność S136 stwarza ryzyko wykruszania, oraz gdy żywica nie jest korozyjna.

---

1. DFM: DFM (Design for Manufacturability) refers to an engineering review process applied before tooling begins, identifying features in a part design such as thin walls, sharp corners, or insufficient draft that would cause molding defects or increase tool cost. ↩

2. mold steel: Mold steel refers to a category of tool steels used to fabricate injection mold cores and cavities, selected based on hardness (HRC), polishability, corrosion resistance, and thermal fatigue strength for the target production volume and resin type. ↩

3. tool steel: Tool steel is a category of carbon and alloy steel specifically formulated for the manufacture of cutting and forming tools, including injection mold cavities, measured in hardness on the Rockwell C (HRC) scale, typically ranging from HRC 28 to HRC 65 depending on application. ↩

4. injection mold design: Injection mold design is an engineering discipline that defines the cavity geometry, gating system, cooling circuit layout, and ejection mechanism of a mold, directly determining cycle time, part quality, and tool life. ↩